一種同時測量hf轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種HF化學(xué)激光器的測量診斷技術(shù)，具體的說是一種同時測量HF轉(zhuǎn) 動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的方法。利用傅里葉變換紅外光譜儀測量得到的HF基頻躍 遷輻射光譜，可以用于監(jiān)測HF分子的轉(zhuǎn)動溫度T以及v=l，2, 3等振動激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)分布 情況，從而監(jiān)控HF化學(xué)激光器的運轉(zhuǎn)性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 自從1964年第一臺化學(xué)激光器問世以來，化學(xué)激光器的發(fā)展堪稱突飛猛進，速度 驚人，其中尤以HF化學(xué)激光器的發(fā)展最為成熟，連續(xù)波輸出功率高達(dá)麗級別的美國Alpha HF化學(xué)激光器曾一度是激光武器的代名詞。
[0003] HF化學(xué)激光器的主要運行原理如下：
[0004] (1)含F(xiàn)化合物在燃燒室中熱解產(chǎn)生F原子，也可能會有少量F2分子，另外，在通 過噴嘴的過程中F原子也可能復(fù)合產(chǎn)生F 2分子；
[0005] (2)從噴嘴中出來的F原子與加入的H2分子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生振動激發(fā)態(tài)的HF分子 (用HF(v)表示)，F(xiàn)+H 2 - HF(v)+H，此反應(yīng)的放熱量較小（31. 5kcal/mol)，被稱為冷反應(yīng)，產(chǎn) 物HF分子的振動量子數(shù)最高可以到v=3;
[0006] (3)產(chǎn)生的H原子又會與F2分子發(fā)生冷反應(yīng)，產(chǎn)生振動激發(fā)態(tài)的HF分子(用HF (V) 表示)，H+F2 - HF (V) +F，此反應(yīng)的發(fā)熱量很大（98. Okcal/mol )，被稱為熱反應(yīng)，產(chǎn)物HF分子 的振動量子數(shù)最高可以到v=10;
[0007] (4)根據(jù)愛因斯坦受激輻射原理，振動激發(fā)態(tài)分子HF(v)在光腔中發(fā)生諧振，產(chǎn)生 激光。
[0008] 為了深入了解HF化學(xué)激光器的運行狀況，有必要對氣體流速、光腔壓力、光腔溫 度、HF各振動態(tài)的粒子數(shù)分布等運行參數(shù)進行測量診斷。由于HF化學(xué)激光一般都在超音 速條件下運轉(zhuǎn)，因此常規(guī)的侵入式溫度測量方法對超音速流場有嚴(yán)重的影響，不適合HF化 學(xué)激光流場的溫度測試。光學(xué)方法由于具有非侵入性的特點，所以最為適合這種測量場合。
[0009] 另外，一般溫度測量或粒子數(shù)分布測量都是單獨進行的，很少將二者結(jié)合起來，這 樣會造成需要多次重復(fù)試驗的現(xiàn)象，這不但會造成物質(zhì)材料的浪費，還會造成寶貴試驗時 間的浪費。
[0010] 本發(fā)明正是在這樣的背景下，充分考慮到HF各輻射譜帶的特性而設(shè)計的一種測 量同時測量HF轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的技術(shù)。該技術(shù)的基本原理如下：
[0011] Iv, j_hc w v； jAv； jNv； j (1)
[0012] 不同振轉(zhuǎn)躍遷輻射的強度可以用公式（1)表示，其中h為Planck常數(shù)，c為光速， u為躍遷波數(shù)，Ay為愛因斯坦自發(fā)輻射系數(shù)，Ny為振轉(zhuǎn)態(tài)（v，J)的粒子數(shù)密度。
[0013]
【主權(quán)項】
1. 一種同時測量HF轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的方法，其特征在于：該方法包括 以下步驟： (1) HF基頻輻射光譜的測量和處理； (2) 對（1-0)的R支數(shù)據(jù)作圖得到一條直線，利用直線的斜率得到HF分子的轉(zhuǎn)動溫度； (3) 對1-0, 2-1，3-2三個振動譜帶的P支數(shù)據(jù)作圖得到三條直線，利用不同直線的截距 得到HF分子v=l, 2, 3等振動能級的粒子數(shù)分布情況。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種同時測量HF轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的方法，其 特征在于： 所述步驟（1)中，利用傅里葉變換紅外光譜儀進行HF基頻輻射光譜測量，測得HF振動 激發(fā)態(tài)分子的自發(fā)輻射熒光光譜，主要是v=l，2, 3等振動態(tài)的基頻輻射躍遷，產(chǎn)生的光譜 譜帶包括1-0, 2-1，3-2。
3. 按照權(quán)利要求2所述的一種同時測量HF轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的方法，其 特征在于： 對所得的光譜圖進行數(shù)據(jù)處理的具體步驟包括： (1)讀取各振動譜帶的R支和P支譜線強度;
數(shù)，Av，T為愛因斯坦自發(fā)輻射系數(shù)，gv，T為上能級簡并度；
EV，T為轉(zhuǎn)動能級。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種同時測量HF轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的方法，其 特征在于： 得到HF分子轉(zhuǎn)動溫度的步驟為，對1-0振動譜帶的R支轉(zhuǎn)動譜線進行處理，以量hcFu/k對量Ln(I/wag)作圖，剔除RO和Rl兩個數(shù)據(jù)點，對剩下的數(shù)據(jù)點進行直線擬合，得到的斜 率的負(fù)值就是轉(zhuǎn)動溫度T。
5. 按照權(quán)利要求1所述的一種同時測量HF轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的方法，其 特征在于： 得到HF分子v=l，2, 3等振動能級的粒子數(shù)分布情況的步驟為，對1-0、2-1、3-2三個振 動譜帶的P支數(shù)據(jù)進行處理后，以量Ln(I/wag)對量hcFu/k作圖，得到三條直線，剔除顯著 不符合規(guī)律的數(shù)據(jù)點，對剩下的數(shù)據(jù)點分別進行直線擬合，則根據(jù)每兩條直線的截距差值 就獲知它們對應(yīng)的振動能級的粒子數(shù)之比。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種同時測量HF轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的方法，它基于自發(fā)輻射熒光光譜技術(shù)，是一種利用直線作圖法同時測量HF分子轉(zhuǎn)動溫度和振動能級粒子數(shù)分布的新方法。本發(fā)明主要應(yīng)用于HF化學(xué)激光測試診斷技術(shù)領(lǐng)域，可以同時測量轉(zhuǎn)動溫度和振動粒子數(shù)分布，只需要將HF基頻自發(fā)輻射熒光光譜各個振轉(zhuǎn)譜帶的P支譜線強度進行簡單的處理之后作圖即可，具有簡單方便、直觀準(zhǔn)確、非侵入性等特點。利用本發(fā)明，可以實現(xiàn)HF化學(xué)激光器中轉(zhuǎn)動溫度和振動激發(fā)態(tài)各個能級粒子數(shù)分布的同時快速測量。
【IPC分類】G01J3-28, G01K13-00, G01K11-30
【公開號】CN104713645
【申請?zhí)枴緾N201310687358
【發(fā)明人】李留成, 多麗萍, 金玉奇, 唐書凱, 李國富, 王元虎, 于海軍, 汪健, 王增強, 曹靖
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月13日